A importância do estudo dos materiais em engenharia

Propriedades dos materiais

Mecânicas

Térmicas

Elétricas

Químicas

Ópticas

Medida das propriedades de interesse em engenharia

Relação custo/benefício

Ao selecionar um material, o engenheiro deve levar em conta propriedades como a resistência mecânica, condutividade elétrica e/ou térmica, densidade e outras. Além disso, deve considerar o comportamento do material durante o processamento e uso, onde plasticidade, usinabilidade, estabilidade térmica, resistência a ataques químicos são importantes, assim como o custo e a disponibilidade. Uma vez que é impossível para o engenheiro ter um conhecimento detalhado dos milhares de materiais disponíveis, assim como manter-se a par dos desenvolvimentos, ele deve ter um conhecimento adequado dos princípios gerais que governam as propriedades de todos os materiais.

As propriedades mecânicas são a elasticidade, a ductilidade, a fluência, a dureza e a tenacidade. Cada uma delas está associada à habilidade do material resistir a forças mecânicas (resistência mecânica).

Tensão é definida como força por unidade de área e é expressa normalmente em Pascal (N/m2), podendo ainda encontrar-se em uso unidades como Kgf/cm2 e até psi (lb/pol2). A tensão é calculada dividindo-se a força pela área inicial em que atua. Esta é uma definição aproximada, para fins práticos de engenharia.

A deformação é um efeito da tensão e pode ser elástica ou plástica. A primeira é reversível, desaparecendo quando a tensão é removida, sendo proporcional à tensão aplicada. O módulo de elasticidade, E, é o quociente entre a tensão aplicada e a deformação elástica resultante. Ele está relacionado com a rigidez do material, sendo expresso em unidades de tensão.

Deformação plástica é a deformação permanente, provocada por tensões que ultrapassam o limite de elasticidade. A deformação plástica é o resultado de um deslocamento permanente dos átomos de um material e, portanto, difere da deformação elástica onde os átomos mantêm suas posições relativas.

A ductilidade de um material pode ser expressa de duas maneiras e retrata a deformação plástica total até o ponto de ruptura. Assim sendo, o seu valor pode ser expresso como alongamento percentual, ou como redução de área da seção reta do corpo de prova, ou estricção. Este índice é expresso por: Estricção (%) = (Área inicial - Área final) x 100 /Área inicial.

Limite de resistência à tração

Convencionalmente, é calculado dividindo-se a carga máxima suportada pelo corpo de prova pela área da seção reta original.

Dureza

A dureza de um material pode ser definida de vários modos, sendo um dos mais comuns, aquele que define dureza como resistência à penetração. A dureza e a resistência à tração de muitos materiais estão intimamente relacionadas.

Tenacidade e resiliência

Considerando-se uma curva tensão - deformação de um material, pode-se definir como tenacidade a capacidade do material absorver energia na fase plástica. Já a resiliência é a capacidade de absorver energia na fase elástica.

O aumento de dureza decorrente da deformação plástica é denominado encruamento.

Ensaios de laboratório mostram que o aumento de dureza é acompanhado por um aumento nos limites de resistência e ao escoamento. Por outro lado, o encruamento reduz a ductilidade.